摘要(yào):針對孔闆流(liú)量計 在蒸汽(qi)測量過程中(zhong)，因蒸汽溫度(du)和壓力的變(biàn)化導緻🌂測量(liang)誤差大，通過(guò)對蒸汽溫度(du)和壓力進行(hang)補償修正⛱️，減(jian)少🏃🏻儀表測量(liàng)誤差。介紹了(le)孔闆流量計(jì)測量👄的基本(běn)🔅原理，對蒸汽(qi)進行溫壓補(bǔ)償的原因以(yi)及溫壓補償(chang)的處理方法(fa)、計算方式和(hé)注意事⛹🏻‍♀️項，并(bìng)在DCS程序中得(de)到驗🥰證。
　　孔闆(pan)流量計是一(yī)種差壓式流(liu)量計，通過介(jie)質流過标準(zhǔn)孔闆🏃‍♀️前後的(de)差壓來測量(liang)流量，常用于(yu)測量蒸汽、液(yè)體的流量，是(shi)應🌏用最✔️廣泛(fan)的流量計之(zhi)一。孔闆🔞流量(liang)計由标準孔(kong)闆、導壓管路(lu)和變送器三(sān)部分組成，在(zài)使用過程中(zhōng)介質溫度、密(mi)度、安裝前後(hou)直管段長度(du)和節流裝置(zhì)精度都會影(ying)響孔闆流量(liang)計的流量測(ce)量精度。本文(wén)通過在測量(liàng)蒸汽流量過(guò)程☔，因實際工(gōng)況與設計工(gōng)況不一緻，而(ér)導緻蒸汽流(liú)量偏差過㊙️大(dà)對生産運行(hang)帶來的影響(xiang)爲例,介紹了(le)孔闆流量計(jì)的測量原理(lǐ)及溫㊙️差補償(cháng)原因,并根據(ju)蒸汽的性質(zhì)選擇合适的(de)溫壓補償函(han)數,并在DCS程序(xu)中驗證了溫(wēn)壓補償函數(shù)的合理性，提(ti)高了蒸汽流(liú)量測量的精(jing)度。
1.孔闆流量(liàng)計測量原理(lǐ)
　　根據流體力(li)學，單位重量(liang)理想流體機(jī)械能沿流線(xiàn)💚不變，勢能與(yǔ)動能之和守(shou)恒，不随時間(jiān)改變，。
　　理想流(liu)體的伯努利(li)能量方程爲(wei):
 
　　位重量理想(xiang)流體的動能(néng);α爲流量修正(zheng)系數
　　位能與(yu)壓能的和爲(wei)勢能，勢能與(yǔ)動能的和爲(wèi)機械能，假設(shè)❤️蒸汽通過标(biāo)準孔闆前後(hou)機械能守恒(heng)。
根據斷面流(liu)量方程:
 
　　式中(zhong):Q爲蒸汽流量(liang)，一般用質量(liang)流量表示，kg/h;ʋ爲(wèi)蒸汽流速，m/s;A爲(wèi)斷面面積，m2。
　　當(dāng)蒸汽通過标(biao)準孔闆後，因(yīn)斷面面積縮(suō)小流速會增(zeng)加，流速💁的增(zēng)加又會導緻(zhi)斷面處壓力(lì)減少，就會在(zai)标準孔闆前(qian)後産生一🌈個(gè)差壓值。差壓(ya)值與流速🚶‍♀️成(cheng)一定比例關(guān)系，流速與斷(duan)面面積成反(fǎn)比例關系。由(you)式(1)、(2)可知，根據(ju)前後差壓值(zhí)就可以計算(suàn)🙇‍♀️出蒸汽流量(liàng)。
　　可求出孔闆(pǎn)流量計蒸汽(qì)流量公式爲(wei):
 

　　式中:CƐ爲流出(chu)系數，與可膨(peng)脹系數、流量(liang)系數等參數(shu)有關🔅，爲✔️一常(cháng)數,标準孔闆(pan)計算說明書(shu)給出;d1爲上遊(yóu)管道内徑，d2爲(wei)标準孔闆開(kāi)孔直徑,m;△p爲差(cha)壓變送器顯(xiǎn)🥵示的差壓值(zhi)，pa;ρ爲蒸汽的密(mi)度，kg/m3.
2蒸汽溫壓(yā)補償的原理(li)
2.1蒸汽的特性(xing)
　　蒸汽是一種(zhong)氣體，分爲飽(bǎo)和蒸汽和過(guò)熱蒸汽。有限(xiàn)密閉空間🔴内(nèi)⭕的液體在一(yi)定的壓力下(xia)加熱至沸騰(téng)🛀🏻，就會🏒逐漸開(kai)始汽化🥵變爲(wèi)蒸汽。當單位(wei)時間内進人(ren)密閉空間的(de)分子數與返(fǎn)回液體中的(de)分子數相等(děng)時，密閉空㊙️間(jian)内的蒸汽分(fèn)子密度也不(bú)再發生變化(huà)，此時蒸發與(yǔ)凝結會處于(yu)🔴一種動平衡(héng)狀态，稱爲飽(bao)和狀态，産生(shēng)的蒸汽就是(shi)飽和蒸汽。飽(bao)和蒸汽的溫(wen)度和壓力‼️一(yi)一對應，兩者(zhe)之間存在一(yi)個變量關系(xì)。飽和蒸汽又(yòu)分爲幹🤩飽和(hé)蒸汽和濕飽(bao)和蒸汽，千飽(bǎo)和蒸汽不含(hán)水分，但實際(ji)運行中很難(nan)達到這🈚種狀(zhuang)👌态。理想飽和(he)蒸汽根據溫(wēn)💔度和壓力值(zhi)，就可以推導(dǎo)出蒸汽密度(dù)。對飽和蒸汽(qi)進行溫壓補(bu)償，根據實際(jì)測得🌈的溫度(dù)、壓力值，通過(guo)蒸汽💰密度表(biao)推導出合适(shi)的函數關🌈系(xì)式即可。
　　繼續(xu)加熱飽和蒸(zheng)汽，飽和蒸汽(qì)中的水分會(huì)逐漸減少直(zhí)至🌈完📐全蒸發(fā)，蒸汽溫度會(huì)繼續上升最(zuì)終超過該壓(ya)力對應的飽(bao)和溫度，成爲(wei)過熱蒸汽。在(zài)工況波動範(fan)圍較大或管(guǎn)道保溫效果(guo)不好的情況(kuàng)下，過熱🐇蒸汽(qì)也會變爲飽(bǎo)和蒸汽形成(chéng)氣液二相流(liu)。過熱蒸☂️汽性(xìng)質比較複雜(za)，溫度與壓力(lì)不再具有一(yī)-對應關系，并(bìng)不服從理想(xiǎng)氣體公式，隻(zhi)能看作實際(ji)氣體。通常過(guò)熱蒸汽密度(dù)與溫度🚶‍♀️成反(fǎn)比,與壓力成(cheng)正比，過熱蒸(zheng)汽在不同溫(wen)度、壓力區間(jiān)的函數關系(xì)也不同，很難(nan)用-一個統一(yī)的函數關系(xì)式表達出來(lai)
2.2蒸汽溫壓補(bǔ)償的目的
　　在(zài)蒸汽測量中(zhong)，設計工況與(yu)實際工況相(xiàng)對比往往存(cun)在偏差🆚，孔闆(pan)流量計的可(kě)膨脹系數、流(liu)量系數等參(can)數都會改變(bian)，蒸汽密度更(geng)會産生較大(dà)變化。如果🔞不(bú)對蒸🐆汽進行(hang)溫壓補償，測(cè)量顯示的流(liú)量值與實際(ji)值相比就會(huì)有誤差，影響(xiang)儀表的正常(cháng)使用，需要🛀🏻采(cai)用溫壓補償(cháng)對流量測量(liàng)結果予以✉️修(xiū)正。
　　對蒸汽進(jìn)行溫壓補償(cháng)，就是根據蒸(zhēng)汽實際運行(háng)工況🐉的溫度(dù)、壓力，通過相(xiang)應的溫壓補(bǔ)償公式轉換(huan)出❌蒸汽的實(shi)際密度，最後(hòu)計算出蒸汽(qì)的實際流量(liàng)。由式(3)可知，如(rú)果實㊙️際工況(kuàng)參數與設計(jì)工況參數偏(piān)差不大，流出(chu)系數CƐ。可以默(mò)認不變🐅。故蒸(zhēng)汽進行溫壓(ya)補償的核心(xin)，就🤩是對蒸汽(qì)密👄度進.行補(bu)償。過熱蒸汽(qi)密❌度補償的(de)難點，就是需(xū)要通過蒸汽(qi)的溫度和✏️壓(yā)力,推導出與(yu)蒸汽密度的(de)關系，并能找(zhao)到合理的函(han)數公式表達(dá)出來。
　　在進行(hang)溫壓補償之(zhī)前，要盡量減(jiǎn)少孔闆流量(liang)計安裝等問(wèn)題帶🧡來的誤(wù)差。首先是孔(kong)闆流量計的(de)選型是否🐆合(he)理，量程應該(gai)适宜;檢查标(biāo)準孔闆有無(wu)變形✌️，安裝方(fang)向是否正确(què);孔闆流量計(ji)前後直管段(duan)距離💰是否滿(man)足計算說明(ming)書要求，需滿(man)足前20倍👉管徑(jing)後10倍📐管徑距(jù)離;孔闆流量(liàng)計、導壓管安(an)裝時，正負壓(ya)側冷⭐凝水罐(guàn)安裝高度應(yīng)一緻,冷凝水(shui)罐溢流口位(wei)置應高于取(qu)壓口，水平導(dao)壓管保持一(yī)定角度，避免(miǎn)高低壓🔴側導(dǎo)壓管内殘留(liú)💚冷凝水産生(sheng)附加差壓;檢(jiǎn)查孔㊙️闆高低(dī)壓側導壓管(guan)和 三閥組 有(yǒu)無異物阻塞(sai)，不定時打開(kāi)排污閥排污(wū)。檢查DCS程序回(huí)路，各類參數(shù)值設置是否(fou)與計算說明(ming)書--緻，公式是(shi)否🤟正确，最後(hou)用信号發生(sheng)器模拟差壓(yā)信号，結合計(jì)算說明書在(zài)DCS程序中驗證(zheng)流量是否正(zhèng)确。
2.3蒸汽溫壓(yā)補償的方式(shì)
　　以某工業造(zào)紙爲例，由蒸(zhēng)汽流程圖可(ke)知,從電站來(lái)蒸汽由總管(guan)分爲兩支管(guan)，高壓側蒸汽(qì)支管壓力、溫(wen)度不變，另🈲一(yī)蒸汽支管經(jing)減溫減壓裝(zhuang)置後，蒸汽的(de)壓力和溫度(dù)均🏃‍♂️有所降低(dī)，兩蒸❌汽分支(zhi)💁管均安裝有(yǒu)孔闆流量計(ji)、 溫度變送器(qì) 和 壓力變送(sòng)器 ,并全部接(jiē)人DCS中。蒸汽流(liú)程圖如圖1所(suǒ)示。
 
　　根據标準(zhǔn)孔闆計算說(shuō)明書，介質爲(wei)過熱蒸汽,兩(liang)台孔🐇闆流量(liang)計設計工況(kuàng)壓力分别爲(wei)0.85MPa和0.5MPa,工況溫度(du)分别爲200℃和172℃，流(liú)量分别爲0~15Vh和(hé)0~50t/h,各💋類系數及(jí)蒸汽工況密(mì)度等參數均(jun1)已在⛱️計算說(shuō)明書中給出(chū)。
　　實際運行時(shí)，高壓側蒸汽(qi)管道壓力爲(wèi)0.65~0.7MPa,溫度爲220℃左右(you)。低壓側蒸汽(qi)管道壓力爲(wèi)0.45~0.5MPa,溫度爲160℃左右(you)。可知低壓側(ce)🧡蒸汽管的📐實(shi)際工況與設(shè)計工況相比(bi)，壓力和溫度(dù)💁相對低，而高(gāo)壓側蒸汽管(guan)的實際工況(kuang)壓力比設計(jì)工況偏低，溫(wēn)度偏高。按照(zhào)孔闆計算說(shuō)明要求，在DCS程(chéng)序中設置好(hao)📧流量計算公(gong)式，直接代人(ren)各項參數，通(tong)過 差壓變送(song)器 顯示的差(chà)壓值計算出(chu)過熱蒸汽瞬(shun)時流量。按照(zhao)過💃熱蒸汽性(xìng)🤟質推.算，低壓(yā)側蒸汽實際(jì)流量應該略(luè)高于孔闆流(liu)量計測量流(liú)量，高壓側蒸(zhēng)汽實際流量(liàng)應❌該低于孔(kong)闆流量計測(cè)量流量。
　　未進(jìn)行溫壓補償(cháng)前，兩台孔闆(pǎn)流量計流量(liang)運行曲🙇‍♀️線圖(tu)如圖2所示，正(zheng)常運行時高(gao)壓側蒸汽流(liú)量爲10t/h左右，低(di)壓側蒸汽流(liu)量爲32tV/h左右。
 
　　計(jì)算過熱蒸汽(qì)密度一般采(cai)用工業用公(gong)式。在IFC-1967公式的(de)基🌈礎上，制定(ding)并通過了全(quán)新的水和水(shuǐ)蒸汽計算公(gōng)式，目前公式(shì)是最全面、準(zhun)确計算水蒸(zheng)汽熱力性質(zhì)公式。但上述(shù)兩套公式有(you)大量的條👄件(jiàn)要求，不同區(qu)間有不同的(de)密度公式，計(jì)算也十分複(fú)🌂雜。根據公💜式(shì)編制了标準(zhun)的蒸汽密度(du)表，該蒸汽密(mi)度表數據🈲齊(qí)全适用性廣(guang)，簡單易查，而(er)且在化工生(shēng)産中常用的(de)蒸汽溫度爲(wei)0~600℃，壓力爲0.1~5.0MPa,公式(shi)均能滿🌈足使(shi)用要求，是目(mù)前獲取蒸汽(qi)密度最廣泛(fan)的方法之👣一(yī)。
　　根據孔闆流(liu)量計運行的(de)溫度、壓力區(qū)間，查詢過熱(rè)蒸汽密度表(biǎo)如表1所示。
 
　　因(yīn)爲工況原因(yin)實際上蒸汽(qi)密度是在一(yi)直變化中，所(suǒ)🏃以常用⭕的查(cha)表法并不适(shì)用于DCS程序中(zhong)因此需要采(cǎi)用🔴相對簡單(dan)🚩的密🐪度補償(cháng)公式，在一定(dìng)範圍内滿足(zú)蒸汽密度表(biao)的要求，就可(kě)以♌快速實現(xian)密度補償提(ti)高測量精度(du)。實現密度補(bu)償的方法有(yǒu)♍很多，采用🍉密(mì)度拟合法對(duì)過熱蒸汽進(jin)行溫壓補償(cháng)，相對比較🌈容(rong)易輸人DCS程🧡序(xu)中，在要求的(de)蒸汽溫壓區(qū)間内也比⭕較(jiao)符合公式要(yao)求，計算精度(du)也較高🈚。
拟合(he)公式爲:
 
　　式中(zhong):ρ爲補償後的(de)蒸汽密度，kg/m3;T爲(wei)過熱蒸汽溫(wēn)度,℃;p爲過🧡熱蒸(zhēng)汽壓力🧡，MPa。
　　根據(ju)拟合公式，參(can)考孔闆流量(liàng)計實際運行(hang)的溫度、壓力(li)區間，計算出(chū)過熱蒸汽密(mì)度如表2所示(shì)。
 
　　根據蒸汽流(liú)程圖1所示，将(jiang)變送器所測(ce)過熱蒸汽溫(wēn)度和壓力🤩數(shù)值，代人式(4)中(zhōng)，分别計算出(chū)補償後的兩(liǎng)🌂分支管過熱(re)蒸汽密度，最(zui)後代人标準(zhǔn)孔闆計算說(shuō)明書中的流(liu)量公式，求✏️出(chū)補償後的蒸(zheng)汽流量，最終(zhong)實現了對蒸(zhēng)汽的溫壓補(bǔ)償。
2.4蒸汽溫壓(ya)補償的結果(guǒ)
　　以采取溫壓(ya)補償措施前(qian)後七天，電站(zhàn)總管累計蒸(zheng)汽流🔴量與進(jìn)車間兩分支(zhī)管累計蒸汽(qì)流量之和數(shu)據進🏃行對🐇比(bǐ)。期♍間孔闆流(liu)量計正常運(yùn)行流量連續(xu)無大波動，無(wú)停機、檢修等(deng)事故。高壓側(cè)蒸汽管道壓(ya)力爲0.65~0.7MPa,溫度㊙️爲(wèi)220℃左右。低☀️壓側(cè)蒸汽🐅管道壓(yā)力爲0.45~0.5MPa,溫度爲(wèi)160℃左右。記錄數(shu)☂️據如表3所示(shì)。
 
　　蒸汽溫壓補(bu)償前流量的(de)誤差率爲:(7548.72-6614.28)/6614.28≈14.13%
　　蒸(zhēng)汽溫壓補償(chang)後流量的誤(wù)差率爲:(6873.41-6542.56)/6542.56≈5.06%
　　通過(guò)對前後流量(liang)誤差率對比(bi)可得知，對蒸(zhēng)汽采用合理(lǐ)的溫🔞壓補償(cháng)方式後，流量(liang)測量相對誤(wù)差比補💃償前(qian)大大💰減少，證(zheng)明對蒸💜汽進(jin)行溫壓補償(cháng)是有效🤞的，提(ti)高了孔闆流(liú)量計測量的(de)正确性。
2.5蒸汽(qì)溫壓補償需(xū)注意的問題(tí)
(1)對蒸汽進行(hang)溫壓補償過(guo)程中，一般的(de)溫壓補償方(fang)式比較簡單(dān)，可能存在較(jiao)大的誤差。特(tè)别是不符合(he)💞理想氣體狀(zhuàng)态的過熱蒸(zhēng)汽，或是高溫(wen)高壓狀态和(hé)對蒸汽流量(liàng)測量準确性(xìng)要求比較高(gao)的場合，必須(xū)要有正确的(de)算法才能保(bao)證數據的正(zheng)确性。
(2)選擇合(he)适的溫壓補(bǔ)償算法很重(zhong)要，需要滿足(zu)蒸汽🏃‍♂️的運🈲行(hang)區🚩間，注意補(bǔ)償算法相應(ying)的限制條件(jian)，溫度、壓力等(deng)單位的正确(que)選擇與使用(yong),補償結果要(yao)符合蒸汽密(mi)度表要😄求。
(3)溫(wēn)壓補償要從(cong)實際出發,孔(kong)闆流量計的(de)選型、安裝位(wei)置要合✔️理，運(yùn)行前要進行(hang)流量校正。溫(wen)度、壓力變送(song)器測量值要(yào)準确，這是溫(wēn)壓補償的前(qián)提，不然對溫(wen)壓補償的結(jie)果都會造成(chéng)較大影響☔。
(4)僅(jǐn)針對差壓式(shi)蒸汽流量測(ce)量的溫壓補(bu)償方式提出(chu)探讨🐕，對于其(qi)他類型儀表(biao)的溫壓補償(cháng)方式，還需結(jié)合儀表檢測(ce)原理，具體問(wèn)題具體分析(xi)。
3結束語
　　通過(guo)對蒸汽進行(háng)溫壓補償，選(xuan)擇合适的補(bǔ)償方法能減(jiǎn)少工況等原(yuán)因帶來的誤(wù)差。但也要看(kan)到一般的蒸(zheng)汽溫壓補償(chang)方法适用于(yú)工況較穩定(dìng)的情況，如果(guo)各項參數🔱波(bō)動較大還是(shi)難以保🧑🏾‍🤝‍🧑🏼證數(shu)據的正确性(xìng)，既要保證蒸(zhēng)汽測量的連(lian)續性和穩定(dìng)性,也要根據(jù)實際情況選(xuan)擇合理的溫(wen)壓補償方法(fǎ)。通過介紹孔(kong)闆流量計溫(wen)壓補償的原(yuan)因和方法，并(bing)舉例說明采(cǎi)用溫壓補償(chang)的有效⭕性，證(zheng)明選擇合理(li)的溫壓補🏃償(chang)方法能提高(gāo)蒸汽測量的(de)準确性。此⭐外(wài)蒸汽傳輸過(guo)程中🌐蒸汽濕(shi)度、氣液二相(xiàng)流、壓縮系數(shu)等影響流量(liàng)正确的問題(tí)，都值得探索(suǒ)的。

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